Ползание происходит от волн, которые проходят через мышцы. Эти волны могут распространяться в том же направлении, в котором ползет животное (прямые волны), от конца хвоста к голове или в противоположном направлении (ретроградные волны), от головы к хвосту.
В то время как наземные улитки используют первый тип волн, дождевые черви и блюдца используют второй тип. Хитоны (полиплакофора) могут переключаться между обоими типами движения.
С помощью химической модели в виде автоколебательного геля исследователи, работающие с Циню Гао из Китайского горно-технологического университета (Цзянсу, Китай) и Ирвином Р. Эпштейном из Университета Брандейс (Уолтем, Массачусетс, США) смогли ответить на некоторые из многих вопросов об этих процессах сканирования.Гель представляет собой молекулярную сеть с жидкостью, связанной в зазорах.
В этом случае жидкость содержит все ингредиенты, необходимые для колеблющейся химической реакции («химические часы»). Исследователи включили в сеть один компонент своей реакционной системы: рутениевый комплекс. Во время реакции рутений периодически переключается между двумя степенями окисления: Ru (2+) и Ru (3+).
Этот переключатель изменяет гель так, чтобы в одном состоянии он мог удерживать больше жидкости, чем в другом, поэтому гель периодически набухает и сжимается. Подобно химическим часам, эти области распространяются волнами, похожими на волны мышечных сокращений при ползании.Комплекс, используемый в этом геле, также меняет степень окисления при облучении светом.
Когда правая половина геля облучается сильнее, чем левая, волны движутся справа налево, т. Е. Из высокочастотной области колебаний геля в низкочастотную. Как только разница в интенсивности облучения достигает определенного порога, оно вызывает червеобразное движение геля слева направо, ретроградную волновую локомоцию. Если разница увеличивается дальше, гель останавливается.
Дальнейшее увеличение разницы заставляет гель снова двигаться, но в противоположном направлении, то есть движение прямой волны. Неравномерное освещение играет роль, аналогичную роли закрепляющих сегментов и придатков (таких как конечности и крылья) во время миграции клеток и передвижения животных, которые контролируют направление движения, усиливая прямое движение и / или подавляя противоположное движение.
Используя вычислительные модели, исследователи смогли описать эти процессы. Внутри геля есть области, где преобладают тянущие силы; в других областях преобладают толкающие силы. Вариации интенсивности облучения приводят к различным изменениям сил трения и напряжений в геле.
Когда эти эффекты складываются, можно предсказать, в каком направлении будет двигаться конкретный элемент сетки геля.Один важный вывод из этой модели: особые изменения вязкоупругих свойств слизи, выделяемой улитками и червями при ползании, не требуются для передвижения, будь то ретроградное или прямое.